Dobór zasilaczy napięciowych do oświetlenia LED

Zasilacz to jedno z najważniejszych urządzeń w całym systemie oświetlenia diodowego. LED to nowoczesna technologia, która wymaga odpowiedniego zasilania. Ze względu na mocno specyficzne parametry i sposób działania diod LED nie da się ich zasilać w tak łatwy sposób jak tradycyjne żarówki. Wymagają one innych metod oraz innych zasilaczy. Jak to wszystko ogarnąć? Postaramy się podpowiedzieć.

Generalnie technologia LED wykorzystuje dwie metody zasilania: napięciową i prądową. W wielkim skrócie zasilanie napięciowe polega na tym, że stabilizowane jest napięcie, a prąd zależy od rezystancji obciążenia. Zasilanie prądowe natomiast polega na stabilizowaniu prądu poprzez odpowiednie zmiany napięcia. Zasilanie prądowe to dosyć skomplikowany i obszerny temat, który wymaga osobnego artykułu. Dlatego tutaj skupimy się na zasilaczach napięciowych, które są stosowane do taśm LED, niektórych modułów LED oraz wielu zamienników LED tradycyjnych żarówek. Choć wiele cech opisywanych poniżej ma również zastosowanie do zasilaczy prądowych.

Właściwy dobór zasilacza dla oświetlenia LED ma często decydujące znaczenie nie tylko dla jakości ale również właściwego działania całego systemu oświetlenia diodowego oraz dla jego trwałości. Ściemniacze czy sterowniki kontrolujące oświetlenie LED nie są tak wrażliwe na odpowiednie parametry zasilania jak same diody LED. Do ich zasilania zdecydowanie najlepiej nadają się zasilacze elektroniczne (zwane też przetwornicami napięcia lub zasilaczami impulsowymi), które posiadają zdecydowanie lepszą sprawność niż tradycyjne zasilacze liniowe oparte o transformator. Dzięki temu cały system oświetlenia zachowuje swoją energooszczędność. Wybór zasilaczy elektronicznych jest jednak ogromny więc na co zwracać uwagę?

Jakość

Przede wszystkim na jakość! Tutaj nie warto oszczędzać, bo tanie zasilacze impulsowe są zawsze bardzo słabej jakości i będą uszkadzać nam diody! Budowa zasilacza elektronicznego jest znacznie bardziej skomplikowana niż tradycyjnego i dlatego tak wiele zależy od jego wysokiej jakości. Więcej na ten temat mogą się Państwo dowiedzieć z naszego artykułu „Jak działa zasilacz„.

Wbudowane zabezpieczenia

Kolejna istotna rzecz to wbudowane zabezpieczenia. Powinny być co najmniej trzy: przeciw-zwarciowe, przeciw-przeciążeniowe oraz przeciw-przepięciowe (ang. short circuit / over load / over voltage). To ostatnie jest dla diod LED najważniejsze ale trzeba pamiętać, że część zasilaczy wymaga podłączenia uziemienia aby to zabezpieczenie w pełni zadziałało! Niestety nawet najlepsze zabezpieczenie przeciwprzepięciowe wbudowane w zasilacz nie jest w stanie wyeliminować dużych i długich przepięć. Dlatego warto stosować dodatkową ochronę przeciwprzepięciową w instalacji elektrycznej obiektu.

Sprawność energetyczna

Następna ważna rzecz to sprawność (ang. efficiency). Im wyższa tym lepiej bo tym mniej energii będzie tracone w zasilaczu. Dobrej klasy zasilacze zazwyczaj przy 12 V na wyjściu oscylują w okolicach 85% sprawności lub więcej. Zasada działania zasilaczy elektronicznych powoduje, że sprawność jest tym większa im wyższe napięcie wyjściowe. Więc czasem warto rozważyć wyższe napięcie zasilania (np. 24 V) jeśli jest taka możliwość. Tym bardziej, że wyższe napięcie zasilania to przy tej samej mocy dwa razy mniejsze prądy – więc cieńsze przewody i mniej zakłóceń. Jeśli producent danego zasilacza nie podaje jego sprawności to lepiej się od takiego produktu trzymać z daleka.

Pobór mocy bez obciążenia

Warto też zwracać uwagę na pobór mocy bez obciążenia (ang. no load power consumption). Wybierajmy zasilacze, które bez obciążenia pobierają nie więcej niż 1 W, lub nawet mniej – zwłaszcza wtedy, gdy planujemy podłączyć zasilacz na stałe do sieci, a diody wyłączać po stronie wtórnej (czyli od strony niskiego napięcia).

Co jeszcze trzeba wiedzieć o zasilaczach impulsowych?

Warto wiedzieć, że zasilacze elektroniczne mają zawsze pewną zwłokę w podaniu napięcia na wyjściu. Wiąże się to z czasem potrzebnym do uruchomienia układów elektronicznych oraz ich autodiagnostyki. Często bywa tak, że im lepszy zasilacz tym dłuższy czas startu, ze względu na większą ilość obwodów do uruchomienia i przetestowania. Moc zasilacza również ma często wpływ na czas uruchomienia, który może dojść nawet do 2-3 sekund. To również trzeba wziąć pod uwagę przy projektowaniu instalacji załączanej od strony 230 V.

Kolejną rzeczą odróżniającą zasilacze impulsowe od tradycyjnych jest zdecydowanie większy prąd udarowy przy uruchamianiu. Oznacza to, że przez ułamek sekundy tuż po podłączeniu zasilania urządzenie pobierze znacznie większy prąd niż ten nominalny podczas pracy. Może to powodować niechciane zadziałanie wyłączników nadprądowych (popularnie zwane bezpiecznikami typu S). Dlatego zazwyczaj obwody, w których pracują zasilacze impulsowe powinny być wyposażone w wyłączniki nadprądowe o charakterystyce C lub nawet D, zamiast standardowo stosowanych B.

Dobrzy producenci podają jeszcze parametr zwany MTBF (ang. Mean Time Between Failures) czyli średni czas między usterkami. Pozawala to określić szacunkowo trwałość takiego zasilacza, więc im lepszy czas MTBF tym lepszy zasilacz.

Jak dobrać moc zasilacza?

A jak już wybierzemy model zasilacza to aby dobrać jego moc należy policzyć łączną moc wszystkich odbiorników, które będą podłączone do tegoż zasilacza. Moc pobieraną przez dowolne źródło światła LED znajdziemy w instrukcji tego urządzenia lub w karcie katalogowej. Jeśli nie mamy podanej mocy to możemy ją policzyć mnożąc napięcie zasilania [V] przez prąd pobierany [A]. Przykładowo jeśli wiemy, że żarówka LED pobiera 250 mA przy zasilaniu 12 V to łatwo policzymy, że moc takiej żarówki to 3 W. Dodatkowo trzeba policzyć moc pobieraną przez inne urządzenia podłączone do systemu takie jak sterowniki, lub ściemniacze. Wprawdzie zazwyczaj pobierają one bardzo niewiele, ale mogą zdarzyć się wyjątki.

Jeśli już znamy łączny pobór mocy to dobranie zasilacza jest bardzo proste. Musi on mieć moc taką jak wyliczona lub większą. Zazwyczaj dobrze jest dodać około 10% zapasu aby zasilacz nie był podczas pracy maksymalnie obciążony, choć dobrej klasy zasilacze elektroniczne bez problemu radzą sobie z takimi warunkami pracy. Zasilacz może być nawet dużo większej mocy niż pobierana przez nasze oświetlenie LED, jednak nie należy przesadzać jeśli nie ma takiej konieczności ponieważ zasilacz większej mocy będzie pobierał więcej energii w stanie nieobciążonym. Czyli jeśli diody będą sterowane elektronicznie, a zasilacz na stałe podłączony do sieci to przy wyłączonych diodach i tak będzie on pobierał jakąś moc. Zazwyczaj zasilacze dobrej klasy pobierają bez obciążenia bardzo małe moce (na poziomie 0.1 – 1 W) ale warto to sprawdzić. Poza tym zasilacze o większych mocach mają wyższe ceny, więc z ekonomicznego punktu widzenia również przesadzanie z zapasem mocy nie ma sensu.

Odpowiednia wentylacja!

Na koniec jeszcze jedna zasada o której warto wspomnieć. Mianowicie skuteczne odprowadzanie ciepła od zasilacza – choć ta zasada ma zastosowanie do wszystkich urządzeń elektronicznych. Każde bowiem urządzenie elektroniczne „woli” pracować w niskich temperaturach i jeśli nie zapewnimy mu właściwej wentylacji (lub przynajmniej swobodnej wymiany powietrza) to wyższa temperatura jego pracy spowoduje zmniejszenie żywotności takiego urządzenia. Ma to tym większe znaczenie im więcej ciepła wydziela dane urządzenie, a zasilacze zazwyczaj potrafią się dosyć mocno zagrzać. Dlatego aby zapewnić ich wieloletnią bezawaryjną pracę warto zadbać o odpowiednią wentylację.

Krzysztof Ratyński